复杂地面背景下低可探测运动目标红外感知技术

It is a is an important research hotspot currently how to sense the moving low-detectable target under a Complex Ground Background， which has a important theoretical value and practical application value. This project aims to the application of Infrared imaging high sensitive detection. Firstly, the imaging characteristics of the small-dim target and the complex ground background would be analysed by the multiscale geometric analysis methodology, which include the Multiple-scale anisotropy, the Sparse characteristic and the Time-frequency characteristic. Then, an evaluation model of the complex background would be established by the multiscale representation which combines the ‘characterized’ and the ‘relativity’. On this basis, a background suppression model for the complex background would be established by the variation method. And then, the background suppression model would be verified by the simulation and experiments. The achievement of this project could supply a theoretical basis and technical support for the successive research on the moving- low-detectable target perception under a Complex Ground Background, and could supply a technology solution to effectively improve the performance, such as detection ability, anti-disturbance and adaptive to surroundings, of the Infrared imaging high sensitive detection system.

如何在复杂地面背景下实现低可探测红外动目标的感知是当前的一项热点研究内容，具有很高的理论和实际应用价值。针对红外成像高灵敏探测的应用，本项目从复杂地面背景和弱小目标成像特性分析入手，首先拟采用多尺度几何分析来对它们在多尺度各项异性、稀疏特性和时频特性等方面的差异分析；而后拟结合“特征性”和“相对性”并采用多尺度表征来建立背景“复杂度”的评估体系。在此基础上，引入变分法建立复杂地面背景抑制算法模型，并通过计算机仿真来完成算法模型的验证与分析研究。为后续的复杂地面背景下的低可探测运动目标感知技术的研究提供理论基础与技术支撑，并为有效地提高红外成像高灵敏探测的探测能力、抗干扰能力以及环境适应能力提供一条有效技术途径。

本项目针对红外成像高灵敏度探测等系统的应用，以红外弱小目标成像序列为研究对象，针对其中的复杂地面背景干扰问题，引入多尺度几何分析理论和方法，对复杂地面背景与目标成像特性的差异性进行了深入的分析研究，并在此基础上，初步研究了一种基于多尺度几何分析和变分的复杂地面背景抑制算法模型，为后续的算法解算和目标感知奠定基础。. 首先对地面自然背景下弱小目标和背景的红外成像特性进行了分析，从图像的信息容量、灰度级空间分布、目标对象边缘比率等方面，并结合弱小目标背景干扰因子，建立背景复杂度评估模型，以实现对背景复杂度的有效评估。实验结果验证了该评估模型可更好地描述检测识别弱小目标难易程度的信息。. 其次，提出了一种基于变分多尺度分析的复杂地面背景抑制算法模型。该算法首先采用曲面波变换对图像实施多尺度、多方向分解，提取图像多尺度和多方向细节特征；然后根据目标信号和背景及噪声在不同尺度上的差异，基于变分偏微分方程理论方法对分解后方向子块进行处理，以实现有效的背景抑制，为后续目标高精度检测奠定基础。仿真实验验证了该方法可获得良好的背景抑制效果，并对不同类型的复杂地面背景具有自适应性。. 本项目的研究成果为后续的红外成像高灵敏目标感知与探测提供了一条有效技术途径，具有重要的研究意义和应用前景。